增光片及背光模组的制作方法

专利名称：增光片及背光模组的制作方法
增光片及背光模组
技术领域：
本发明是关于一种光学膜片及光源模组，且特别是有关于一种增光片 (brightness enhancement film, BEF)及背光模组。
背景技术：
图IA为一种习知背光模组的剖面图，图IB为图IA中的棱镜片的立体图。请参 照图IA及图1B，习知背光模组40包括由背侧至前侧依序配置的一反射片50、一导光板 (light guide plate)60、一下扩散片(bottomdiffuser) 70a、一棱镜片 80 及一上扩散片 (top diffuser) 70b。导光板60具有一第一表面62、一相对第一表面62的第二表面64及 一连接第一表面62及第二表面64的入光面66。入光面66的一侧配置有一冷阴极荧光灯 管(cold cathode fluorescent lamp, CCFL)90。冷阴极荧光灯管90适于发出一光束92， 光束92会经由入光面66进入导光板60中。部分光束92在经由导光板60上的扩散网点68的扩散作用后会射向反射片50，然 后被反射片50反射至下扩散片70a，并传递至棱镜片80。另一方面，另一部分光束92在经 由扩散网点68的扩散作用后会直接射向下扩散片70a，并传递至棱镜片80。棱镜片80包括一透光基板82及配置于透光基板82上的数个棱镜柱84。每一棱 镜柱84沿着一第一方向Dl延伸，且这些棱镜柱84沿着一第二方向D2排列。棱镜柱84对 以不同入射角入射的光束92具有选择性，亦即棱镜柱84允许以一特定角度范围内的入射 角入射的光束92通过，并使得由棱镜片80出射的光束92能够尽量垂直于上扩散片70b。 如此一来，棱镜片80便能够达到集光的功效，以使背光模组40能够提供出光角度较为集中 的面光源。举例而言，光束92中的光线92a能够穿透棱镜柱84而传递至上扩散片70b。然 而，光束92中的光线92b及92c则会被棱镜柱84的柱面84a、84b反射回反射片50。反射 片50能将光线92b及92c反射回棱镜片80，而使光线92b及92c能够再次被利用。棱镜 柱84会允许部分再利用的光束92通过，并将部分再利用的光束92再次反射。因此，部分 光束92会在棱镜柱84及反射片50之间循环多次，直到以接近光线92a的入射角穿透棱镜 柱84为止。当背光模组40中不配置上扩散片70b与下扩散片70a时，由于棱镜柱84的表面是 由平面所构成，因此无法遮蔽导光板60上的扩散网点68或缺陷，也无法使扩散网点68模 糊化，如此一来，会让使用者觉得背光模组40所提供的面光源不均勻。再者，由于棱镜柱84 的轮廓(即顶部的棱线Ll及两相邻棱镜柱84间的交界线L2)明显，这会使得棱镜柱84与 配置于背光模组40上方的液晶面板(liquid crystal panel，LCD)的画素阵列(未绘示) 形成叠纹(moir6pattern)或牛顿环(Newton ring)，进而导致液晶面板所提供的显示画面 不均勻。然而，若为了改善上述问题而加入上扩散片70b与下扩散片70a时，又会导致成本 增加及光损失变大，且会增加了背光模组40的厚度。此外，棱镜柱84尖锐的棱线Ll亦容 易造成棱镜片80与相邻的膜材(如上扩散片70b)间的刮伤。另外，多次循环光束92的机
4制会使光束92被反射片50、导光板60、下扩散片70a、棱镜片80或上扩散片70b吸收的量 增加，导致背光模组40的光损失增加、光效率降低。

发明内容本发明提供一种增光片，其能同时具有良好的聚光特性及良好的遮蔽特性。本发明提供一种背光模组，其能够提供出光角度较小且亮度较为均勻的面光源。本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明提供一种增光片，其包括 一第一表面、一第二表面及一侧面。第一表面为一在二个维度上连续起伏的曲面，并包括数 个轴对称凸面及数个非轴对称凹面。轴对称凸面为一曲面。这些轴对称凸面与这些非轴对 称凹面在二个维度上彼此交替排列，以分别形成数个波峰与数个波谷。非轴对称凹面为一 曲面。第二表面相对于第一表面，而侧面连接第一表面与第二表面。所述的增光片，第一表面为一在二个维度上周期性变化的曲面，第一表面划分为 数个在二个维度上排列的最小单位区域，且这些最小单位区域中的曲面变化实质上相同。 每一轴对称凸面的曲率半径与这些轴对称凸面的节距的比值可落在0. 25至0. 65的范围 内。每一最小单位区域可包括这些轴对称凸面的其一，且轴对称凸面在第二表面上的正投 影与最小单位区域在第二表面上的正投影的面积比可落在0. 3至0. 85的范围内。这些非 轴对称凹面例如各为一二维正弦曲面。所述的增光片，每一轴对称凸面相对一对称轴为轴对称，这些轴对称凸面的这些 对称轴彼此实质上平行，且这些对称轴实质上垂直于第二表面。这些轴对称凸面在第二表 面上的正投影与第一表面在第二表面上的正投影的面积比可落在0. 3至0. 85的范围内。所述的增光片，这些轴对称凸面的顶点在第二表面的正投影为数个第一投影点， 这些非轴对称凹面的最凹点在第二表面的正投影为数个第二投影点。这些第一投影点与这 些第二投影点可在数条实质上互相平行的第一参考直线上彼此交替排列，且可在数条实质 上互相平行的第二参考直线上彼此交替排列，其中每一第一参考直线可实质上垂直于每一 第二参考直线。这些第一投影点可在数条实质上互相平行的第三参考直线上及数条实质上 互相平行的第四参考直线上排列，其中每一第三参考直线可实质上垂直于第四参考直线。 这些第二投影点可在数条实质上互相平行的第五参考直线上及数条实质上互相平行的第 六参考直线上排列，其中每一第五参考直线可实质上垂直于第六参考直线，每一第三参考 直线与每一第一参考直线可实质上夹45度角，且每一第五参考直线与每一第一参考直线 可实质上夹45度角。本发明还提供一种背光模组，其包括上述的增光片及至少一发光元件。发光元件 适于发出一光束，且增光片配置于光束的传递路径上。所述的增光片的第一表面及第二表面皆位于光束的传递路径上，且第二表面位于 发光元件与第一表面之间的光束的传递路径上。在本发明的增光片中，轴对称凸面能够提供良好的聚光效果，且非轴对称凹面能 够提供良好的光扩散效果，其中良好的光扩散效果能够产生良好的遮蔽特性。藉由轴对称 凸面与非轴对称凹面在二个维度上彼此交替排列，本发明的增光片便能够同时具有良好的 聚光特性及良好的遮蔽特性。如此一来，本发明的背光模组便能够提供出光角度较小且亮度较为均勻的面光源。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式 作详细说明如下。

图IA为一种习知背光模组的剖面图。图IB为图IA中的棱镜片的立体图。图2为本发明的第一实施例的背光模组的立体图。图3为图2的背光模组沿着I-I线剖面图。图4为图2的增光片沿着II-II线的剖面图。图5为图2的增光片沿着最小单位区域的边缘所切割出的结构的立体图。图6为图2的第一表面上的结构在第二表面上的投影的示意图。图7为从本实施例的增光片、朗伯(Lambertian)光源及习知棱镜片所出射的光随 着出射角度的光辉度分布图。图8为本发明的第二实施例的增光片的第一表面上的结构在第二表面上的投影 的示意图。图9为本发明的第三实施例的背光模组的剖面图。40、100、100，背光模组50、140:反射片60、130:导光板62、112:第一表面64、114:第二表面66、136:入光面68:扩散网点70a、70b 扩散片80 棱镜片82 透光基板84 棱镜柱84a、84b 柱面90 冷阴极荧光灯管92、L、L，光束92a,92b,92c 光线110:增光片112a:轴对称凸面112b:非轴对称凹面116 SM118:最小单位区域120、160:发光元件132、134:表面
138 光学微结构15O 灯箱170 扩散板A 对称轴C 节距Dl 第一方向D2:第二方向Ll 棱线L2 交界线PUPl'第一投影点P2、P2，第二投影点R 曲率半径Sl 第一参考直线S2 第二参考直线S3 第三参考直线S4:第四参考直线S5 第五参考直线S6 第六参考直线Tl 顶点T2 最凹点U、U，投影曲线
具体实施方式
下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施 例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加 图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。在本说明书中，一物体为轴对称是定义为可以找到一个对称轴且使该物体绕着该 对称轴以任何角度旋转后，该物体的外形能与旋转前的外形实质上相同。此外，一物体为非 轴对称是定义为无法找到任何的对称轴可使该物体绕着该对称轴以任何角度旋转后，该物 体的外形能与旋转前的外形实质上相同。图2为本发明的第一实施例的背光模组的立体图，图3为图2的背光模组沿着I-I 线的剖面图，图4为图2中的增光片沿着II-II线的剖面图。请参照图2、图3及图4，本实 施例的背光模组100包括一增光片110以及数个发光元件120。增光片110包括一第一表 面112、一第二表面114及一侧面116。第二表面114相对于第一表面112。侧面116连接 第一表面112与第二表面114。每一发光元件120适于发出一光束L，且增光片110配置于 光束L的传递路径上。在本实施例中，第一表面112及第二表面114皆位于光束L的传递路 径上，且第二表面114位于发光元件120与第一表面112之间的光束L的传递路径上。在 本实施例中，这些发光元件120例如各为一发光二极管(light emitting diode，LED)，然 而，在其他实施例中，亦可以用一冷阴极荧光灯管来取代这些发光二极管。
在本实施例中，背光模组100更包括一导光板130及一反射片140。导光板130具 有一表面132，一相对于表面132的表面134及一连接表面132及表面134的入光面136， 且反射片140配置于表面134的一侧。发光元件120适于发出一光束L，在本实施例中，光 束L会经由入光面136进入导光板130中，并经由表面132传递至增光片110。具体而言， 部分光束L经由导光板130上的光学微结构138的作用后，会射向反射片140，并被反射片 140反射至表面132，然后此部分光束L会经由表面132传递至增光片110。另一方面，另一 部份光束L经由导光板130上的光学微结构138的作用后，会射入增光片110。在本实施例 中，光学微结构138为位于表面134上的扩散网点，例如为凸点。然而，在其他实施例中，光 学微结构138亦可以是凹点、凸纹或凹纹。此外，在其他实施例中，光学微结构138亦可以 位于表面132上。第一表面112为一在二个维度上连续起伏的曲面。第一表面112包括数个轴对称 凸面112a及数个非轴对称凹面112b。轴对称凸面112a为一曲面。在本实施例中，第二表 面114例如为一平面。此外，在本实施例之中，每一轴对称凸面112a相对一对称轴A为轴 对称，且这些轴对称凸面112a的这些对称轴A彼此实质上平行。再者，在本实施例中，这些 对称轴A实质上垂直于第二表面114。在本实施例中，每一轴对称凸面112a例如为一球面。 然而，在其他实施例中，轴对称凸面112a亦可以是一椭球面或其他轴对称曲面。这些轴对称凸面112a与这些非轴对称凹面112b在二个维度上彼此交替排列，以 分别形成数个波峰与数个波谷，且非轴对称凹面112b为一曲面。在本实施例中，这些非轴 对称凹面112b例如各为一二维正弦曲面。举例而言，此二维正弦曲面可以下列公式表示ζ = A1Sin (Ii1X)+A2Sin (k2y)其中，x、y及ζ的方向如图2所绘示，而~、4、1^及1^皆为常数。然而，在其他实 施例中，非轴对称凹面112b亦可以是用其他形式描述的二维正弦曲面或其他形式的非轴 对称凹面。图5为图2的增光片沿着最小单位区域的边缘所切割出的结构的立体图，图6为 图2中的第一表面上的结构在第二表面上的投影的示意图。请参照图2、图5及图6，在本 实施例中，第一表面112为一在二个维度上周期性变化的曲面，第一表面112可划分为数个 在二个维度上排列的最小单位区域118，且这些最小单位区域118中的曲面变化实质上相 同。每一最小单位区域118包括这些轴对称凸面112a之其一，且轴对称凸面112a在第二 表面114上的正投影与最小单位区域118在第二表面114上的正投影的面积比可落在0. 3 至0.85的范围内。换言之，在本实施例中，这些轴对称凸面112a在第二表面114上的正投 影与第一表面112在第二表面114上的正投影的面积比可落在0. 3至0. 85的范围内。在本实施例中，这些轴对称凸面112a的顶点Tl在第二表面114的正投影为数个 第一投影点P1，这些非轴对称凹面112b的最凹点T2在这些第二表面114的正投影为数个 第二投影点P2，且这些轴对称凸面112a的边缘在第二表面114的正投影为数个投影曲线 U。在本实施例中，由于轴对称凸面112a为球面，因此投影曲线U为正圆。这些第一投影点 Pl与这些第二投影点P2可在数条实质上互相平行的第一参考直线Sl上彼此交替排列且可 在数条实质上互相平行的第二参考直线S2上彼此交替排列，其中每一第一参考直线Sl可 实质上垂直于每一第二参考直线S2。这些第一投影点Pl可在数条实质上互相平行的第三 参考直线S3上及数条实质上互相平行的第四参考直线S4上排列，其中每一第三参考直线S3可实质上垂直于这些第四参考直线S4。这些第二投影点P2可在数条实质上互相平行的 第五参考直线S5上及数条实质上互相平行的第六参考直线S6上排列，其中每一这些第五 参考直线S5可实质上垂直于这些第六参考直线S6。每一第三参考直线S3与每一第一参考 直线Sl可实质上夹45度角，且每一第五参考直线S5与每一第一参考直线Sl可实质上夹 45度角。在本实施例的背光模组100中，轴对称凸面112a能够提供良好的聚光效果，且非 轴对称凹面112b能够提供良好的光扩散效果，其中良好的光扩散效果能够产生良好的遮 蔽特性，以遮蔽导光板130上的光学微结构138，并使光学微结构138模糊化。藉由轴对称 凸面112a与非轴对称凹面112b在二个维度上彼此交替排列，本发明的实施例的增光片110 便能够同时具有良好的聚光特性及良好的遮蔽特性。如此一来，本发明的实施例的背光模 组100便能够提供出光角度较小且亮度较为均勻的面光源。此外，由于本实施例的增光片110是藉由轴对称凸面112a对光束L的折射作用来 产生聚光效果，而不是像习知棱镜片那样使光束在棱镜柱与反射片之间循环，因此增光片 110能够降低光损失，进而提升背光模组100的光效率。再者，由于非轴对称凹面112b的光 扩散特性会产生良好的遮蔽效果，因此背光模组100中便可以不使用额外的上扩散片，甚 至可不使用额外的下扩散片，进而有效降低背光模组100的厚度、制造成本及光损失。为了使本实施例的增光片110具有更佳的聚光效果，在本实施例中，每一轴对称 凸面112a的曲率半径R与这些轴对称凸面112a的节距C的比值可落在0. 25至0. 65的范 围内。换言之，相较于整个第一表面112皆采用正弦曲面的增光片，正弦曲面在与第二表面 114垂直的截面上的反曲点附近的曲率半径接近无限大而无法提供聚光效果，在本实施例 的增光片110中，当节距C固定时，轴对称凸面112a的曲率半径R会在某一数值范围以内 而不会是无限大，因此整个轴对称凸面112a都能够提供聚光效果。再者，藉由调整轴对称凸面112a与非轴对称凹面112b的面积比可调整本实施例 的增光片110的聚光效果的程度与扩散效果的程度的比例。举例而言，在本实施例中，轴对 称凸面112a在第二表面114上的正投影与最小单位区域118在第二表面114上的正投影 的面积比是落在0.3至0. 85的范围内，换言之，这些轴对称凸面112a在第二表面114上的 正投影与第一表面112在第二表面114上的正投影的面积比例如是落在0. 3至0. 85的范 围内。如此一来，便能够使本实施例的增光片110兼具良好的聚光效果与遮蔽性。以下将以光学模拟图形来验证本实施例的增光片110的功效。图7为从本实施例 的增光片、朗伯(Lambertian)光源及习知棱镜片所出射的光随着出射角度的光辉度分布 图，其中朗伯光源例如是发光二极管。请参照图7，图中的纵轴代表光辉度(luminance)，横 轴代表出射角度。在出射角度为0度附近时，从本实施例的增光片110所出射的光的辉度与 从习知棱镜片所出射的光的辉度接近，换言之本实施例的增光片110对光源(例如朗伯光 源)的正向增益与习知棱镜片对光源的正向增益接近。此外，在出射角度为40度附近时， 从增光片110出射的光的辉度远大于从习知棱镜片出射的光的辉度，且在此出射角度的光 亦能够被利用，因此采用本实施例的增光片110的背光模组100会比采用习知棱镜片的背 光模组具有更佳的光效率。另外，在出射角度为70度附近时，从习知棱镜片出射的光的辉 度会大于从增光片110出射的光的辉度，但在此出射角度的光并无法被有效利用而会造成 光损失，因此采用本实施例的增光片110的背光模组100会比采用习知棱镜片的背光模组
9具有更小的光损失。由此可验证，本实施例的增光片110的确具有良好的聚光效果。值得注意的是，图7所示的光学模拟图形并不是用来限制本发明，在其他实施例 中或其他参数条件下的增光片可能会得到其他的光学模拟图形。图8为本发明的第二实施例的增光片的第一表面上的结构在第二表面上的投影 的示意图。请参照图8，本实施例的背光模组与上述背光模组100 (如图2及图6所绘示) 类似，两者的差异如下所述。在本实施例的增光片中，非轴对称凹面为不规则曲面，因此非 轴对称最凹点所投影出的第二投影点P2’的位置呈不规则分布。此外，轴对称凸面的配置 位置亦呈不规则分布，因此轴对称凸面的顶点所投影出的第一投影点ΡΓ及轴对称凸面的 边缘所投影出的投影曲线U’的位置亦呈不规则分布。另外，由与图6相同的第一、第二、第 三、第四、第五及第六参考直线Si、S2、S3、S4、S5、S6的相对位置可看出第一投影点P1’、第 二投影点P2’及投影曲线U，的不规则分布情形。由于非轴对称凹面为不规则曲面，且轴对 称凸面的配置位置亦呈不规则分布，因此当本实施例的背光模组上配置有液晶面板或其他 周期性排列的结构时，便能够有效避免叠纹(moirSpattern)或牛顿环(Newton ring)的产 生，进而提升显示画面的均勻性。图9为本发明的第三实施例的背光模组的剖面图。请参考图9，本实施例的背光模 组100’与上述的背光模组100 (如图2及图3所绘示)的结构部分类似，两者的差异如下所 述。在于本实施例中，背光模组100’包括一灯箱150、数个发光元件160及一扩散板170。 在本实施例中，发光元件160例如为冷阴极荧光灯管(cold cathode fluorescent lamp), 然而，在其他实施例中，发光元件160亦可以是发光二极管。发光元件160配置于灯箱150 中，且位于扩散板170与灯箱150之间，且扩散板170配置于增光片110与发光元件160之 间。发光元件160所发出的光束L’会穿透扩散板170而传递至增光片110。综上所述，在本发明的实施例的增光片中，轴对称凸面能够提供良好的聚光效果， 且非轴对称凹面能够提供良好的光扩散效果，其中良好的光扩散效果能够产生良好的遮蔽 特性。藉由轴对称凸面与非轴对称凹面在二个维度上彼此交替排列，本发明的实施例的增 光片便能够同时具有良好的聚光特性及良好的遮蔽特性。如此一来，本发明的实施例的背 光模组便能够提供出光角度较小且亮度较为均勻的面光源。此外，由于本发明的实施例的增光片是藉由轴对称凸面的折射作用而产生聚光效 果，而不会像习知棱镜片那样会使光在反射片与棱镜柱之间循环，因此采用本发明的实施 例的增光片的背光模组的光损失会较小。再者，由于本实施例的增光片的非轴对称凹面具有光扩散性，因此增光片具有良 好的遮蔽特性，如此一来，节省上扩散片的使用，甚至节省下扩散片的使用，进而有效降低 本发明的实施例的背光模组的厚度、制造成本及光损失。虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明 的保护范围当视申请专利范围所界定者为准。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不 须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。
权利要求
一种增光片，包括一第一表面，其中该第一表面为一在二个维度上连续起伏的曲面，该第一表面包括数个轴对称凸面，其中该轴对称凸面为一曲面；以及数个非轴对称凹面，其中该些轴对称凸面与该些非轴对称凹面在该二个维度上彼此交替排列，以分别形成数个波峰与数个波谷，且该非轴对称凹面为一曲面；一第二表面，相对于该第一表面；以及一侧面，连接该第一表面与该第二表面。
2.如权利要求1所述的增光片，其特征在于该第一表面为一在该二个维度上周期性 变化的曲面，该第一表面划分为数个在该二个维度上排列的最小单位区域，且该些最小单 位区域中的曲面变化实质上相同。
3.如权利要求2所述的增光片，其特征在于每一该轴对称凸面的曲率半径与该些轴 对称凸面的节距的比值是落在0. 25至0. 65的范围内。
4.如权利要求2所述的增光片，其特征在于每一该最小单位区域包括该些轴对称凸 面之其一，且该轴对称凸面在该第二表面上的正投影与该最小单位区域在该第二表面上的 正投影的面积比是落在0. 3至0. 85的范围内。
5.如权利要求2所述的增光片，其特征在于该些非轴对称凹面各为一二维正弦曲面。
6.如权利要求1所述的增光片，其特征在于每一该轴对称凸面相对一对称轴为轴对 称，该些轴对称凸面的该些对称轴彼此实质上平行，且该些对称轴实质上垂直于该第二表
7.如权利要求1所述的增光片，其特征在于该些轴对称凸面在该第二表面上的正投 影与该第一表面在该第二表面上的正投影的面积比是落在0. 3至0. 85的范围内。
8.如权利要求1所述的增光片，其特征在于该些轴对称凸面的顶点在该第二表面的 正投影为数个第一投影点，该些非轴对称凹面的最凹点在该第二表面的正投影为数个第二 投影点，该些第一投影点与该些第二投影点在数条实质上互相平行的第一参考直线上彼此 交替排列且在数条实质上互相平行的第二参考直线上彼此交替排列，每一该第一参考直线 实质上垂直于每一该第二参考直线，该些第一投影点在数条实质上互相平行的第三参考直 线上及数条实质上互相平行的第四参考直线上排列，每一该第三参考直线实质上垂直于该 第四参考直线，该些第二投影点在数条实质上互相平行的第五参考直线上及数条实质上互 相平行的第六参考直线上排列，每一该第五参考直线实质上垂直于该第六参考直线，每一 该第三参考直线与每一该第一参考直线实质上夹45度角，且每一该第五参考直线与每一 该第一参考直线实质上夹45度角。
9.一种背光模组，包括 一增光片，包括一第一表面，其中该第一表面为一在二个维度上连续起伏的曲面，该第一表面包括 数个轴对称凸面，其中该轴对称凸面为一曲面；以及数个非轴对称凹面，其中该些轴对称凸面与该些非轴对称凹面在该二个维度上彼此交 替排列，以分别形成数个波峰与数个波谷，且该非轴对称凹面为一曲面； 一第二表面，相对于该第一表面；以及 一侧面，连接该第一表面与该第二表面；以及至少一发光元件，适于发出一光束，其中该增光片配置于该光束的传递路径上。
全文摘要
一种增光片，包括一第一表面、一第二表面及一侧面。第一表面为一在二个维度上连续起伏的曲面，并包括数个轴对称凸面及数个非轴对称凹面。轴对称凸面为一曲面。这些轴对称凸面与这些非轴对称凹面在二个维度上彼此交替排列，以分别形成数个波峰与数个波谷，且非轴对称凹面为一曲面。第二表面相对于第一表面。侧面连接第一表面与第二表面。一种采用此增光片的背光模组亦被提出。
文档编号F21V5/00GK101893198SQ200910141170
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者曾能荣, 臧志仁, 邓敦建 申请人:中强光电股份有限公司